DE69803527T2

DE69803527T2 - Ball-ramp clutch actuation device of a drive train with unidirectional actuation

Info

Publication number: DE69803527T2
Application number: DE69803527T
Authority: DE
Inventors: Gregory J. Organek; David Michael Preston
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: US5910061A; AU8517398A; ZA988800B; DE69803527D1; TR199801959A2; CN1213050A; CN1126880C; TR199801959A3; JPH11173350A; BR9804275A; ES2170452T3; EP0905399A1; AU735149B2; PL192263B1; AR016406A1; EP0905399B1; PL328899A1

Description

BACKGROUND TO THE INVENTION 1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine in einem Fahrzeug zu verwendende Antriebsstrangkupplung und insbesondere eine Antriebsstrangkupplung, bei der eine Reibscheibe mittels eines Kugelrampenaktuators an ein Motorschwungrad gedrückt wird, wobei ein Planetengetriebesatz, der auf den Planetenrädern Freilaufkupplungen aufweist, in Verbindung mit einer primären Freilaufkupplung eine Verriegelung der Antriebsstrangkupplung sowohl unter angetriebenen Fahrbetriebsbedingungen als auch im Leerlauf ermöglicht.The invention relates to a driveline clutch for use in a vehicle, and more particularly to a driveline clutch in which a friction disc is pressed against an engine flywheel by means of a ball ramp actuator, a planetary gear set having one-way clutches on the planet gears in conjunction with a primary one-way clutch enabling the driveline clutch to be locked both under driven driving conditions and when idling.

2. Description of the state of the art

Antriebsstranghauptkupplungen verwenden für gewöhnlich mehrere Federn, um eine Reibscheibe an ein Motorschwungrad zu drücken. Die Federn sind innerhalb einer an das Schwungrad angeschraubten Druckplattenanordnung angeordnet. Ein mechanisches Gestänge, über das der Druckplattenfedermechanismus zu betätigen ist, wird durch den Fahrer bewegt, um das Sperren und Lösen der Antriebsstrangkupplung zu steuern.Driveline master clutches typically use multiple springs to compress a friction disc against an engine flywheel. The springs are housed within a pressure plate assembly bolted to the flywheel. A mechanical linkage that operates the pressure plate spring mechanism is moved by the driver to control the locking and releasing of the driveline clutch.

Gegenwärtig bemüht sich die Technik, mit Hilfe von Elektronik die Funktion der Antriebsstrangkupplung zu automatisieren. Die Verwendung eines elektromechanischen oder hydraulischen Aktuators ist bekannt, der mit dem mechanische Gestänge verbunden ist, um im Wesentlichen anstelle des Fahrers für ein präziseres Arbeiten der Kupplung beim Schalten des Getriebes zu sorgen. Das mechanische Gestänge wird mittels eines derartigen Aktuators in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal bewegt, das durch einen zentralen Mikroprozessor erzeugt wird, der dazu verwendet wird, eine ganze Reihe verschiedener, von Fahrzeugsensoren herrührender Eingangssignale, die die Betriebsbedingungen wiedergeben, zu verarbeiten, um zu ermitteln, ob und wie die Antriebsstrangkupplung zu aktivieren oder zu deaktivieren ist.Currently, technology is striving to automate the function of the drivetrain clutch with the help of electronics. The use of an electromechanical or hydraulic actuator is known, which is connected to the mechanical linkage to essentially provide a to ensure more precise operation of the clutch when shifting the transmission. The mechanical linkage is moved by such an actuator in response to an electrical control signal generated by a central microprocessor which is used to process a variety of input signals from vehicle sensors reflecting operating conditions to determine whether and how to activate or deactivate the driveline clutch.

Die Verwendung eines Kugelrampenaktuators, um eine Kupplungspackung in einem Differentialgetriebe eines Fahrzeugantriebsstrangs vorzuspannen, ist bekannt. Die US- Patente 4 805 486 und 5 092 825 offenbaren Sperrausgleichsgetriebe mit begrenztem Schlupf, bei denen eine Kupplungspackung in Abhängigkeit von der Aktivierung eines Kugelrampenaktuators vorgespannt wird, die durch eine Drehbewegung eines Servomotors oder eine elektromagnetisch angesteuerte, auf einem Aktivierungsring sitzenden Bremsbacke ausgelöst wird. Der Vorteil der Kugelrampenvorrichtung gegenüber sonstigen Aktuatoren besteht darin, dass diese eine Umwandlung einer Drehbewegung in eine axiale Bewegung mit einer sehr hohen Verstärkung der Kraft von oft 100 : 1 oder mehr ermöglicht. Bisher wurde auch ein Kugelrampenaktuator in einem Fahrzeuggetriebe verwendet, um Getriebesätze in Abhängigkeit von einem Signal durch Vorspannen einer Zahnradkupplungspackung in den Eingriff oder außer Eingriff zu bringen, wie es in dem US-Patent 5 078 249 offenbart ist.The use of a ball ramp actuator to preload a clutch pack in a differential gear of a vehicle drive train is known. U.S. Patents 4,805,486 and 5,092,825 disclose limited slip differentials in which a clutch pack is preloaded in response to the activation of a ball ramp actuator, which is triggered by a rotary motion of a servo motor or an electromagnetically controlled brake shoe mounted on an activation ring. The advantage of the ball ramp device over other actuators is that it enables a conversion of rotary motion into axial motion with a very high force gain, often 100:1 or more. Heretofore, a ball ramp actuator has also been used in a vehicle transmission to engage or disengage gear sets in response to a signal by biasing a gear clutch pack, as disclosed in U.S. Patent 5,078,249.

In diesen beiden Fahrzeuganwendungen wird eine Seite des Kugelrampenaktuators, die allgemein als Steuerring bezeichnet wird, durch die Kraft, die aufgrund eines mittels einer Spule aufgebauten elektromagnetischen Feldes induziert wird, gegen die Gehäusemasse gedrückt oder mittels eines Elektromotors bezüglich der Gehäusemasse gedreht. Um größere Druckkräfte zu erzeugen, wird die Stärke des elektrischen Stroms, mit dem die Spule oder der Motor versorgt wird, erhöht, wodurch die Reaktionskraft des Steuerrings auf die Gehäusemasse anwächst, was dazu führt, dass der Steuerring in Bezug auf einen Aktivierungsring gedreht wird, wodurch Wälzelemente dazu veranlasst werden, mit Rampen in dem Steuer- und Aktivierungsring in Berührung zu kommen und damit die Bewegung in axialer Richtung weiter vorantreiben und die Druckkraft auf die Kupplungspackung erhöhen.In these two vehicle applications, one side of the ball ramp actuator, commonly referred to as the control ring, is forced against the the housing mass or rotated with respect to the housing mass by means of an electric motor. To generate greater compressive forces, the magnitude of the electric current supplied to the coil or motor is increased, thereby increasing the reaction force of the control ring on the housing mass, causing the control ring to rotate with respect to an activation ring, causing rolling elements to contact ramps in the control and activation rings, thereby further driving the movement in the axial direction and increasing the compressive force on the clutch pack.

Außerdem ist die Verwendung eines Kugelrampenaktuators zum Vorspannen einer Antriebsstrangkupplung in einem Fahrzeug bekannt, wie in den US-Patenten 1 974 390, 2 861 225, 3 000 479, 5 441 137, 5 469 948, 5 485 904 und 5 505 285 offenbart. Ein Problem beim Einsatz eines Kugelrampenaktuators für die Erzeugung der Druckkraft für die Antriebsstrangkupplung bei einem Fahrzeug besteht darin, dass die Mechanik herkömmlicher, nach einer Seite wirkender Kugelrampenvorrichtungen zu einem Verlust an Druckkraft führt, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauffahrbetrieb befindet. Sobald die Motorleistung reduziert wird und die Drehzahl des Antriebsstrangs effektiv über diejenige des Motors gerät (Leerlauffahrbetrieb), veranlasst ein nach dem Stand der Technik mit einer einseitig aktivierenden Einzelrampe arbeitender Kugelrampenaktuator ein Ausrücken der Kupplung, wodurch ein Abbremsen des Fahrzeugs durch den Motor entfällt.Additionally, the use of a ball ramp actuator to preload a driveline clutch in a vehicle is known, as disclosed in U.S. Patents 1,974,390, 2,861,225, 3,000,479, 5,441,137, 5,469,948, 5,485,904, and 5,505,285. One problem with using a ball ramp actuator to generate the thrust force for the driveline clutch in a vehicle is that the mechanics of conventional unidirectional ball ramp devices result in a loss of thrust force when the vehicle is in neutral. As soon as the engine power is reduced and the speed of the drive train effectively exceeds that of the engine (idling mode), a ball ramp actuator that operates according to the state of the art with a single ramp that activates on one side causes the clutch to disengage, which eliminates the need for the engine to brake the vehicle.

Eine mittels eines Kugelrampenaktuators betätigte Kupplung, die eine einseitig wirkende Kugelrampe mit nur einem einzigen Rampenwinkel verwendet, bewirkt ein Ausrücken der Kupplung, sobald der Motor dem Getriebe keine Rotationsenergie zuführt, beispielsweise, wenn das Fahrzeug im Leerlauf rollt. Im Leerlauffahrbetrieb ist die Zufuhr von Rotationsenergie durch das Schwungrad sowohl zu dem Getriebe als auch zu dem Kugelrampenaktuator unterbrochen. Unter dieser Bedingung kehrt sich die relative Drehbewegung des Aktivierungsrings gegenüber dem Steuerring um, so dass die axiale Verstellung durch die Kugelrampe ausfällt, wodurch es der Druckplatte möglich wird, sich von der Kupplungsscheibe zu entfernen. Die Folge hiervon ist, dass der Motor von dem Getriebe antriebsmäßig getrennt wird und jede Bremswirkung seitens des Motors entfällt.A ball ramp actuator clutch that uses a single-acting ball ramp with only a single ramp angle causes the clutch to disengage when the engine no longer supplies rotational energy to the transmission. , for example when the vehicle is coasting. In coasting mode, the supply of rotational energy through the flywheel to both the gearbox and the ball ramp actuator is interrupted. Under this condition, the relative rotational movement of the activation ring with respect to the control ring is reversed, so that the axial adjustment by the ball ramp fails, allowing the pressure plate to move away from the clutch disc. The result of this is that the engine is drivingly disconnected from the gearbox and any braking action by the engine is eliminated.

Eine mittels bidirektionalen Kugelrampen betätigte Kupplung ist in den US-Patenten 2 937 729 und 5 505 285 geoffenbart. In dieser kostspieligeren und komplizierteren Technologie umfasst der Kugelrampenaktuator zweiseitig wirkende Rampen, die in beiden Richtungen einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Aktivierungsring eine Aktivierung hervorrufen. Allerdings muss die Kugelrampe den nicht aktivierten Zustand durchlaufen, was zu einem vorübergehenden, unerwünschten Kupplungsschlupf führt; außerdem ist die Herstellung der Komponenten teurer als für eine nach einer Seite hin wirkende Einheit. Darüber hinaus ist der zwischen dem Steuerring und dem Aktivierungsring in Drehrichtung zurückzulegende Weg bei einer bidirektionalen Kugelrampe im Vergleich zu einer einseitig wirkenden Kugelrampenvorrichtung bei gleichen Abmessungen verringert. Daher ist eine einseitig wirkende Kugelrampenvorrichtung vorzuziehen, falls es möglich ist, zu bewirken, dass sie sowohl im angetriebenen Fahrzustand des Fahrzeugs als auch im Leerlauffahrbetrieb eine Betätigung ermöglicht.A bidirectional ball ramp actuated clutch is disclosed in U.S. Patents 2,937,729 and 5,505,285. In this more expensive and complicated technology, the ball ramp actuator includes bidirectional ramps that cause activation in both directions of relative rotational movement between the control ring and the activation ring. However, the ball ramp must cycle through the non-activated state, resulting in temporary, undesirable clutch slippage, and the components are more expensive to manufacture than for a unidirectional unit. In addition, the rotational distance traveled between the control ring and the activation ring is reduced in a bidirectional ball ramp compared to a unidirectional ball ramp device of the same dimensions. Therefore, a single-acting ball ramp device is preferable if it is possible to make it operate both when the vehicle is in the driven driving state and when it is idling.

Die US-A-4718303, die als Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs 1 dient, beschreibt ein Verteilergetriebe, das ein zentrisches Differentialgetriebe enthält und ständigen Vierradantrieb ermöglicht. In dem Verteilergetriebe ist eine Vorspannkraft erzeugende Kupplung enthalten, die die Stärke des Drehmomentes problemlos an die entsprechenden Fahrzeugfahrbedingungen anpasst. Das Differentialgetriebe enthält einen Planetengetriebesatz und zwei Antriebsausgangswellen. Jede der Ausgangswellen ist an je eines der Elemente des Planetengetriebes angekuppelt, und ein drittes Planetengetriebeelement ist mit der Antriebsquelle verbunden. Eine Vorspannkraft erzeugende Kupplung wird durch Aktivierung eines Kugelrampenaktuators betätigt, der durch eine elektromagnetische Kupplung betrieben wird.US-A-4718303, which serves as the basis for the preamble of claim 1, describes a transfer case which includes a center differential gear and provides full-time four-wheel drive. A biasing clutch is included in the transfer case to easily adjust the amount of torque to suit the vehicle's driving conditions. The differential gear includes a planetary gear set and two drive output shafts. Each of the output shafts is coupled to one of the planetary gear elements, and a third planetary gear element is connected to the power source. A biasing clutch is actuated by activating a ball ramp actuator operated by an electromagnetic clutch.

Der Kugelrampenaktuator enthält mehrere Wälzelemente, einen Steuerring und einen gegenüberliegenden Aktivierungsring, wobei der Aktivierungsring und der Steuerring wenigstens drei einander gegenüberliegende, einzelne Rampenflächen definieren, die als in Umfangsrichtung angeordnete halbkreisförmige Rillen ausgebildet sind, wobei jedes Paar von gegenüberliegenden Rillen ein Wälzelement enthält. Zwischen dem Steuerring und einem Gehäuseteil ist ein Drucklager angeordnet, das mit dem Eingangselement, beispielsweise einem Schwungrad, drehfest rotiert und an dieses angekuppelt ist. Eine elektromagnetische Spule ist benachbart zu einem Element einer Steuerkupplung angeordnet, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das die Steuerkupplung vorspannt, die wiederum eine Kraft auf den Steuerring des Kugelrampenaktuators ausübt. Die Steuerkupplung kann von der Bauart, wie sie normalerweise in Kompressoren von Fahrzeugklimaanlagen verwendet wird, oder eine Konus-Steuerkupplung sein, um eine Verstärkung der übertragenen Betätigungskraft zu bewirken.The ball ramp actuator includes a plurality of rolling elements, a control ring and an opposing activation ring, the activation ring and control ring defining at least three opposing individual ramp surfaces formed as circumferentially arranged semi-circular grooves, each pair of opposing grooves containing a rolling element. A thrust bearing is disposed between the control ring and a housing portion, which is rotationally fixed and coupled to the input member, such as a flywheel. An electromagnetic coil is disposed adjacent to an element of a control clutch to generate a magnetic field that biases the control clutch, which in turn applies a force to the control ring of the ball ramp actuator. The control clutch may be of the type normally used in vehicle air conditioning compressors, or a cone control clutch to provide amplification of the actuating force transmitted.

BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben und betrifft ein Schwungrad (Eingangselement), das mittels eines Primärantriebs angetrieben wird, sowie eine Getriebeeingangswelle (Ausgangselement), die mit Hilfe einer durch Kugelrampen betätigte Kupplung anzukuppeln ist. Die Kugelrampenvorrichtung weist mehrere Rillen (Rampen), die in einer übereinstimmenden Richtung ihre Tiefe ändern, und einen Aktivierungsring auf, der mit in einer einzigen Richtung sich vertiefenden Rillen versehen ist, die zumindest teilweise den Rillen des Steuerrings gegenüberliegen und der Form nach weitgehend mit diesen übereinstimmen. Beispiele für Kupplungssysteme mit Kugelrampenaktuatoren lassen sich den US-Patenten 1 974 390, 2 861 225, 2 937 729, 3 000 479, 5 485 904 und 5 505 285 entnehmen. Durch die Verwendung eines Planetengetriebesatzes und einer primären Freilaufkupplung zwischen einem Stegring und dem Eingangselement, einschließlich je einer sekundären Freilaufkupplung auf jedem der Vielzahl von Planetenrädern, wird der Aktivierungsring daran gehindert, in entgegengesetzter Richtung zu rotieren, wenn die Kupplung im Leerlauffahrbetrieb des Fahrzeugs gesperrt ist. Folglich durchläuft die Kugelrampenvorrichtung bei Verwendung der vorliegenden Erfindung nicht den nicht aktivierten Zustand, wenn das Fahrzeug von einem Antriebsmodus in einen Leerlauffahrbetrieb übergeht, und ein Rutschen der Kupplung wird erheblich verringert oder völlig eliminiert. Wenn einmal die elektromagnetische Spule bestromt wird, kommt es unabhängig von den Fahrbetriebsbedingungen des Fahrzeugs ausschließlich zu einer Erhöhung der Druckkraft durch die Kugelrampenvorrichtung.The present invention is described in claim 1 and relates to a flywheel (input member) driven by a primary drive and a transmission input shaft (output member) to be coupled by means of a ball ramp actuated clutch. The ball ramp device has a plurality of grooves (ramps) which change their depth in a corresponding direction and an activation ring which is provided with grooves which deepen in a single direction and which at least partially oppose the grooves of the control ring and which are substantially identical in shape to them. Examples of clutch systems with ball ramp actuators can be found in US patents 1,974,390, 2,861,225, 2,937,729, 3,000,479, 5,485,904 and 5,505,285. By using a planetary gear set and a primary one-way clutch between a carrier ring and the input member, including a secondary one-way clutch on each of the plurality of planet gears, the activation ring is prevented from rotating in the opposite direction when the clutch is locked in neutral mode of the vehicle. Consequently, using the present invention, the ball ramp device does not pass through the non-activated state when the vehicle goes from a drive mode to an neutral mode of operation, and clutch slippage is significantly reduced or eliminated. Once the electromagnetic coil is energized, the only thing that occurs is an increase in the thrust force from the ball ramp device, regardless of the driving conditions of the vehicle.

Die elektromagnetische Spule dient dazu, eine Steuerkupplung zu betätigen, die den Steuerring über einen der Planetengetriebesätze und die primäre Freilaufkupplung reibschlüssig an die Getriebeeingangswelle kuppelt. Wenn die Wälzkörperrampenvorrichtung durch die Spule betätigt wird, übt die Wälzkörperrampenvorrichtung eine Druckkraft auf die Kupplungsreibscheibe aus, wobei die Amplitude der Druckkraft unmittelbar ansteigt, sobald eine Differenz zwischen der Drehzahl des Eingangsschwungrads und der Eingangswelle des Fahrzeuggetriebes auftritt. Erfindungsgemäß wird, solange die Spule erregt wird, die Amplitude der Druckkraft auf einem vorgegebenen Wert gehalten oder erhöht, und zwar durch die Wirkung einer primären Freilaufkupplung, die zwischen dem Planeten-Stegring und dem Eingangselement wirkt, sowie sekundärer Freilaufkupplungen, die auf einzelne Planetenräder in dem Planetengetriebesatz wirken, so dass der Kugelrampenaktuator beim Übergang des Fahrbetriebes des Fahrzeugs in einen Leerlauffahrbetrieb (bei dem der Motor das Fahrzeug abbremst, anstatt dieses anzutreiben) vollständig aktiviert bleibt. Ein Rutschen der Kupplung im Antriebsmodus führt dazu, dass die Kugelrampenvorrichtung die Druckkraft auf die Kupplungsscheibe erhöht. Ebenso sorgt im Leerlauffahrbetrieb, falls es aus einem beliebigen Grund zu einem Rutschen der Kupplung kommen sollte, der Planetengetriebesatz für zusätzliche relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Aktivierungsring in der geeigneten Richtung, um die Druckkraft auf die Kupplungsreibscheiben zu erhöhen.The electromagnetic coil is used to operate a control clutch that drives the control ring via one of the planetary gear sets and the primary one-way clutch frictionally couples to the transmission input shaft. When the ball ramp device is actuated by the coil, the ball ramp device applies a compressive force to the clutch friction disc, the amplitude of the compressive force increasing immediately when a difference in speed occurs between the input flywheel and the input shaft of the vehicle's transmission. According to the invention, as long as the coil is energized, the amplitude of the compressive force is maintained at or increased by a predetermined value by the action of a primary one-way clutch acting between the planetary carrier ring and the input member and secondary one-way clutches acting on individual planetary gears in the planetary gear set, such that the ball ramp actuator remains fully activated when the vehicle is in drive mode and transitions from a coast mode (where the engine is braking the vehicle rather than driving it). Clutch slippage in drive mode will cause the ball ramp device to increase the compressive force on the clutch disc. Similarly, in idle mode, should clutch slippage occur for any reason, the planetary gear set will provide additional relative rotational movement between the control ring and the activation ring in the appropriate direction to increase the compressive force on the clutch friction discs.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zu verhindern, dass eine durch Kugelrampen betätigte Kupplung ausrückt, wenn sich das Eingangsdrehmoment umgekehrt.An object of the present invention is to prevent a ball ramp actuated clutch from disengaging when the input torque is reversed.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es zu verhindern, dass eine durch Kugelrampen betätigte Kupplung mit nach einer Seite wirkenden Rampen ausrückt, wenn sich das Drehmoment im Antriebsstrang in einem Leerlaufzustand befindet, indem mittels Freilaufkupplungen, die auf die Planetenräder eines Planetengetriebesatzes wirken, sowie einer zwischen dem Stegring und dem Schwungrad eingefügten primären Freilaufkupplung die Winkelbeziehung zwischen einem Steuerring und einem Aktivierungsring festgehalten wird.Another object of the present invention is to prevent a ball ramp operated clutch with ramps acting to one side from disengaging when the torque in the drive train is in an idle state by maintaining the angular relationship between a control ring and an activation ring by means of one-way clutches acting on the planetary gears of a planetary gear set and a primary one-way clutch inserted between the carrier ring and the flywheel.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch Verwendung eines Planetengetriebesatzes und einer Freilaufkupplung, die zwischen einem Stegring und dem Eingangselement wirkt, zu ermöglichen, dass eine mittels Kugelrampenaktuator, der einseitig wirkende Rampen aufweist, betätigte Antriebsstrangkupplung, die ein Eingangselement drehfest mit einem Ausgangselement kuppelt, den Grad des Eingriffs erhöht, wenn das Drehmoment des Antriebsstrangs sich im Leerlauffahrbetrieb befindet.Another object of the present invention is to enable a driveline clutch actuated by a ball ramp actuator having one-way ramps, which rotationally couples an input member to an output member, to increase the degree of engagement when the driveline torque is in the coasting mode, by using a planetary gear set and a one-way clutch acting between a carrier ring and the input member.

Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsstrangkupplung zu schaffen, die durch einen Kugelrampenaktuator mit einseitig wirkenden Rampen betätigt wird und die in der Lage ist, die Druckkraft zu erhöhen, wenn sich das übertragene Drehmoment des Antriebsstrangs umkehrt, indem ein Planetengetriebesatz verwendet wird, bei dem jedes Planetenrad auf einer Freilaufkupplung gelagert ist, die drehfest auf einem an einem Trägerring befestigten Lagerzapfen angebracht ist.Another object of the present invention is to provide a driveline clutch actuated by a ball ramp actuator with single acting ramps and capable of increasing the thrust force when the transmitted driveline torque reverses by using a planetary gear set in which each planetary gear is supported on a one-way clutch which is non-rotatably mounted on a bearing journal secured to a carrier ring.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine durch einen Kugelrampenaktuator mit einseitig wirkenden Rampen betätigte Antriebsstrangkupplung zu schaffen, die in der Lage ist, die Druckkraft zu erhöhen, wenn sich das übertragene Drehmoment des Antriebsstrangs umkehrt, indem ein Planetengetriebesatz und eine primäre Freilaufkupplung verwendet werden, wobei mehrere Freilaufkupplungen eine bezüglich der Getriebeeingangswelle umgekehrte Laufrichtung der Planetenräder verhindern.Yet another object of the present invention is to provide a driveline clutch actuated by a ball ramp actuator with single-acting ramps that is capable of increasing the thrust force when the transmitted torque of the driveline reverses by using a planetary gear set and a primary one-way clutch. whereby several freewheel clutches prevent the planetary gears from running in the opposite direction to the transmission input shaft.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 zeigt eine Teilansicht der Antriebsstrangkupplungsanordnung gemäß der Erfindung, im Querschnitt;Fig. 1 shows a partial view of the driveline clutch assembly according to the invention, in cross section;

Fig. 2 zeigt eine Teilansicht des Planetengetriebesatzes gemäß der Erfindung, im Querschnitt, längs der Schnittlinie II-II in Fig. 1, wobei der Antriebsstrang des Fahrzeugs in einem Antriebsmodus betrieben wird;Fig. 2 shows a partial view of the planetary gear set according to the invention, in cross section, along the section line II-II in Fig. 1, wherein the drive train of the vehicle is operated in a drive mode;

Fig. 3 zeigt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Planetengetriebesatzes, im Querschnitt, längs der Schnittlinie II-II in Fig. 1, in einem Leerlauffahrbetrieb des Fahrzeugantriebsstrangs;Fig. 3 shows a partial view of the planetary gear set according to the invention, in cross section, along the section line II-II in Fig. 1, in an idle driving mode of the vehicle drive train;

Fig. 4 zeigt die Kugelrampenvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht, längs der Schnittlinie IV- IV von Fig. 1;Fig. 4 shows the ball ramp device according to the invention in a cross-sectional view, along the section line IV-IV of Fig. 1;

Fig. 5 zeigt im Querschnitt eine Ansicht der Kugelrampenvorrichtung der Erfindung, längs der Schnittlinie V-V in Fig. 4, wobei sich die Kugelrampenvorrichtung in einem nicht aktivierten Zustand befindet; undFig. 5 shows a cross-sectional view of the ball ramp device of the invention, along the section line V-V in Fig. 4, with the ball ramp device in a non-activated state; and

Fig. 6 zeigt im Querschnitt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Kugelrampenvorrichtung, längs der Schnittlinie V-V in Fig. 4, mit der Kugelrampenvorrichtung in einem aktivierten Zustand.Fig. 6 shows a cross-sectional view of the ball ramp device according to the invention, along the section line V-V in Fig. 4, with the ball ramp device in an activated state.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Um die Grundlagen der Erfindung zu verdeutlichen, wird nun auf das in den Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei für die Beschreibung eine bestimmte Terminologie verwendet wird.In order to clarify the principles of the invention, the embodiment illustrated in the drawings will now be discussed, with specific terminology being used for the description.

Bestimmte Ausdrücke werden in der nachstehenden Beschreibung ausschließlich zur Verdeutlichung und nicht beschränkend verwendet. Beispielsweise beziehen sich die Ausdrücke "vorwärts" und "rückwärts" auf die Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen der Kupplungsanordnung, so wie diese üblicherweise in einem Fahrzeug angebracht ist. Die Begriffe "nach rechts" und "nach links" beziehen sich auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die die Terminologie Bezug nimmt. Die Ausdrücke "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen zu der geometrischen Mitte der Vorrichtung hin bzw. von dieser weg. Die Ausdrücke "nach oben" und "nach unten" beziehen sich auf Richtungen, wie sie aus den Zeichnungen hervorgehen, auf die die Terminologie Bezug nimmt. Sämtliche oben erwähnten Ausdrücke schließen deren übliche Abwandlungen und äquivalente Bedeutungen ein.Certain terms are used in the following description for the purpose of explanation only and not as a limitation. For example, the terms "forward" and "rearward" refer to the forward and rearward directions of the coupling assembly as it is typically mounted in a vehicle. The terms "rightward" and "leftward" refer to directions in the drawings to which the terminology refers. The terms "inward" and "outward" refer to directions toward and away from the geometric center of the device, respectively. The terms "upward" and "downward" refer to directions as shown in the drawings to which the terminology refers. All of the above terms include their usual variations and equivalent meanings.

Gemäß den Zeichnungen, die die Erfindung nicht beschränken sollen, ist nun in Fig. 1 eine Antriebsstranghauptkupplungsvorrichtung 2 eines Typs, der sich für die Verwendung der Erfindung eignet, in einer axialen Schnittansicht dargestellt. Die Hauptantriebskupplungsanordnung 2 umfasst ein auch als Eingangselement bezeichnetes Schwungrad 4, das eine Reibfläche 4A aufweist und mittels eines (nicht gezeigten) Primärantriebs, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, von dessen (nicht gezeigter) Ausgangskurbelwelle drehend angetrieben wird, die mittels einer durch eine Kugelrampenvorrichtung 5 betätigten Antriebsstrangkupplungsanordnung 2 an ein (nicht gezeigtes) Getriebe angekuppelt wird. Ein Kupplungsglockengehäuse 6 umgibt die Antriebsstrangkupplungsanordnung 2 und trägt das Getriebe einschließlich einer auch als Ausgangselement bezeichneten Getriebeeingangswelle 8, die sich erstreckt, um drehfest mittels an dem linken Ende der Getriebeeingangswelle 8 ausgebildeten Verzahnungszähnen 10C mit einer ersten Kupplungsscheibe 10 einzugreifen, die mit einer Reibscheibe 10A und einer Reibscheibe 10B versehen ist, von wo aus sich die Getriebeeingangswelle 8 weiter nach rechts erstreckt, um das Getrieberäderwerk anzutreiben. In ähnlicher Weise befindet sich eine mit einer Reibscheibe 11A und einer Reibscheibe 11B versehene zweite Kupplungsscheibe 11 über Verzahnungszähne 11C mit der Getriebeeingangswelle 8 in Eingriff. Die erste Kupplungsscheibe 10 wird zwischen dem Schwungrad 4 und einer mittlere Druckplatte 13A geklemmt, während die zweite Kupplungsscheibe 11 zwischen der mittleren Druckplatte 13A und einer primären Druckplatte 13B geklemmt wird. Ein Aktivierungsring 12 drückt auf eine Tellerfeder 18, um eine Axialkraft auf die primäre Druckplatte 13B und gegen die zweite Kupplungsscheibe 11 und über die mittlere Druckplatte 13A gegen die erste Kupplungsscheibe 10, gegen das Schwungrad 4 auf die Reibfläche 4A des Schwungrads auszuüben, wodurch die Rotationsenergie von dem Primärantrieb durch die Getriebeeingangswelle 8 zu dem Getriebe und schließlich auf den weiterführenden Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen wird.Referring now to the drawings, which are not intended to limit the invention, there is shown in Fig. 1 in axial section a drive train master clutch device 2 of a type suitable for use with the invention. The master drive clutch assembly 2 comprises a flywheel 4, also referred to as an input member, which has a friction surface 4A and is rotationally driven by a primary drive (not shown), for example an internal combustion engine, from its output crankshaft (not shown) which is driven by a ball ramp device 5. operated drive train clutch assembly 2 to a transmission (not shown). A clutch bell housing 6 surrounds the drive train clutch assembly 2 and supports the transmission including a transmission input shaft 8, also referred to as an output member, which extends to engage in rotation by means of splines 10C formed on the left end of the transmission input shaft 8 with a first clutch disc 10 provided with a friction disc 10A and a friction disc 10B, from where the transmission input shaft 8 extends further to the right to drive the transmission gear train. Similarly, a second clutch disc 11 provided with a friction disc 11A and a friction disc 11B is engaged with the transmission input shaft 8 via splines 11C. The first clutch disc 10 is clamped between the flywheel 4 and a central pressure plate 13A, while the second clutch disc 11 is clamped between the central pressure plate 13A and a primary pressure plate 13B. An activation ring 12 presses on a Belleville spring 18 to exert an axial force on the primary pressure plate 13B and against the second clutch disc 11 and via the central pressure plate 13A against the first clutch disc 10, against the flywheel 4 on the friction surface 4A of the flywheel, thereby transferring the rotational energy from the primary drive through the transmission input shaft 8 to the transmission and finally to the onward drive train of the vehicle.

In herkömmlichen Systemen wird die Kupplungsdruckplatte mittels einer Reihe von Druckfedern gegen das Schwungrad gedrückt. Wenn der Fahrer beabsichtigt, die Kupplungsscheibe auszurücken, aktiviert er mit seinem Bein bzw. Fuß eine mechanische Ausrückvorrichtung und überwindet so die Kraft der Federn, wodurch die Kupplungsscheibe in die Lage versetzt wird, bezüglich des Schwungrades zu rutschen. Es sollte klar sein, dass weder die Betätigungsfedern noch die mechanische Ausrückvorrichtung Merkmale der vorliegenden Erfindung bilden. Erfindungsgemäß dient eine Kugelrampenvorrichtung 5 dazu, den Aktivierungsring 12 in Richtung auf das Schwungrad 4 zu drücken, was von einer Kupplungssteuerungseinheit 15 gesteuert/geregelt wird, die bei Getriebeschaltvorgängen mit elektronischen Mitteln die Aufgabe eines Fahrers übernimmt.In conventional systems, the clutch pressure plate is pressed against the flywheel by a series of compression springs. When the driver intends to disengage the clutch disc, he activates a mechanical release device with his leg or foot, overcoming the force of the springs and enabling the clutch disc to to slip with respect to the flywheel. It should be clear that neither the actuating springs nor the mechanical release device form features of the present invention. According to the invention, a ball ramp device 5 serves to press the activation ring 12 towards the flywheel 4, which is controlled by a clutch control unit 15 which takes over the task of a driver during gearshift operations by electronic means.

Das Kupplungsglockengehäuse 6 umhüllt zu einem Teil die Antriebsstrangkupplungsanordnung 2, zu der die erfindungsgemäße Kugelrampenvorrichtung 5 gehört. Kugelrampenaktuatoren, die den Steuerring 14 gegen das Gehäuse drücken, sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und werden verwendet, um Getriebezahnradkupplungen, wie in dem US-Patent 5 078 249 offenbart, und Differentialkupplungspackungen, wie in dem US-Patent 5 092 825 offenbart, vorzuspannen, wobei ein Kugelrampensteuerring mittels einer Spule oder eines mit einem Räderwerk versehenen Motors gegen Gehäusemasse gedrückt wird. Im Wesentlichen führt eine relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 dazu, dass ein oder mehrere Wälzelemente 20A, 20B und 20C (siehe Fig. 6), die kugelförmige Elemente oder zylindrische Rollen sein können, längs einer entsprechenden Anzahl von in dem Steuerring 14 ausgebildeten Rampen 22A, 22B und 22C und zu diesen gegenüberliegend in dem Aktivierungsring 12 ausgebildeten Rampen 23A, 23B bzw. 23C bewegt werden, wobei sämtliche Komponenten im Wesentlichen um die Rotationsachse 47 rotieren. Die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C weisen in axialer Richtung eine in einer Richtung sich verändernde Tiefe auf. Die Fig. 4-6 veranschaulichen diese Geometrie, auf die im folgenden eingegangen wird, eingehender und genauer.The clutch bell housing 6 partially encloses the drive train clutch assembly 2, which includes the ball ramp device 5 of the invention. Ball ramp actuators that press the control ring 14 against the housing are well known in the art and are used to preload transmission gear clutches as disclosed in U.S. Patent 5,078,249 and differential clutch packs as disclosed in U.S. Patent 5,092,825, wherein a ball ramp control ring is pressed against housing ground by means of a coil or a geared motor. Essentially, relative rotational movement between the control ring 14 and the activation ring 12 causes one or more rolling elements 20A, 20B and 20C (see Fig. 6), which may be spherical elements or cylindrical rollers, to be moved along a corresponding number of ramps 22A, 22B and 22C formed in the control ring 14 and opposite ramps 23A, 23B and 23C formed in the activation ring 12, respectively, with all components rotating substantially about the rotation axis 47. The ramps 22A, 22B, 22C, 23A, 23B and 23C have a unidirectional depth in the axial direction. Figs. 4-6 illustrate this geometry in more detail and in greater detail, which will be discussed below.

Der Steuerring 14 weist die Rampen 22A, 22B und 22C auf und wird reibschlüssig an den Kupplungsring 35 drehfest angekuppelt, wenn die Spule 30 bestromt wird. Wenn die Spule 30 durch die Kupplungssteuerungseinheit 15 über elektrische Leitungen 17 mit Strom versorgt wird, wird eine Steuerkupplungsscheibe 19 in Richtung auf einen Jochpol 32 hin gezogen. Die ringförmige elektrische Spule 30 umschließt die Getriebeeingangswelle 8 und sitzt auf einem Spulenträger 31, der über eine Trägerverlängerung 7 an dem Kupplungsglockengehäuse 6 befestigt ist. Die elektrische Spule 30 ist getrennt durch einen Luftspalt in der Nähe des Jochpols 32 angeordnet, wobei der Jochpol 32 drehfest auf der Getriebeeingangswelle 8 auf einer profilverzahnten Muffe 33 gelagert ist. Die profilverzahnte Muffe 33 und der Jochpol 32 sowie ein Sonnenrad 54 drehen sich gemeinsam mit der Getriebeeingangswelle 8. Die elektrische Spule 30 ist in der Weise angeordnet, dass sie teilweise von dem Jochpol 32 umgeben und von diesem durch einen geringen Luftspalt getrennt ist. Die Spule 30 ist an dem Kupplungsglockengehäuse 6 befestigt und wird daher stationär festgehalten, während sich der Jochpol 32 entsprechend der Drehbewegung der Eingangswelle 8 dreht. Die Spule 30 erzeugt einen durch Pfeile 36 in Fig. 1 veranschaulichten elektromagnetischen Fluss 36, der durch den Jochpol 32 in die Steuerkupplungsscheibe 19 und zurück durch den Jochpol 32 in die Spule 30 verläuft. Dieser elektromagnetische Fluss erzeugt eine Kraft, die die Wirkung hat, die Kupplungsscheibe 19 in den Jochpol 32 zu ziehen und damit durch Berührung des Kupplungsverlängerungselements 29 auf den Kupplungsring 35 eine Kraft auszuüben, die (unter der Voraussetzung, dass eine Drehzahldifferenz zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 besteht) ein resultierendes Drehmoment in dem Steuerring 14 hervorruft, das die Kugelrampenvorrichtung 5 über den Planetengetriebesatz 21 und eine primäre Freilaufkupplung 60 aktiviert, die den Steuerring 14 in eine sperrende Richtung dreht, wenn sich das Fahrzeug in einem Leerlauffahrbetrieb oder einem Antriebsmodus bewegt. In anderen Worten, wenn sich das Fahrzeug in einem Antriebsmodus befindet, ist der Planetengetriebesatz 21 durch die Sperrwirkung der sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C, 44D gesperrt, und die primäre Freilaufkupplung 60 läuft frei um. Im Leerlauffahrbetrieb ist die primäre Freilaufkupplung 60 gesperrt, und die sekundären Freilaufkupplungen erlauben den Planetenrädern 42A, 42B, 42C, 42D zu rotieren. Sowohl im Antriebs- als auch im Leerlauffahrbetrieb führt eine relative Drehbewegung des Schwungrads 4 und der Getriebeeingangswelle 8 in jedweder Drehrichtung zu einer Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5. Die primäre Freilaufkupplung 60 wirkt zwischen einem Trägerblock 49 und einem Stegring 39. Lagerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D (siehe Fig. 2) sind an dem Stegring 39 befestigt und lagern die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D über entsprechende sekundäre Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C bzw. 44D.The control ring 14 has the ramps 22A, 22B and 22C and is frictionally coupled to the clutch ring 35 in a rotationally fixed manner when the coil 30 is energized. When the coil 30 is supplied with power by the clutch control unit 15 via electrical lines 17, a control clutch disk 19 is pulled in the direction of a yoke pole 32. The ring-shaped electrical coil 30 encloses the transmission input shaft 8 and sits on a coil carrier 31 which is attached to the clutch bell housing 6 via a carrier extension 7. The electrical coil 30 is arranged separated by an air gap near the yoke pole 32, the yoke pole 32 being mounted in a rotationally fixed manner on the transmission input shaft 8 on a profile-toothed sleeve 33. The splined sleeve 33 and the yoke pole 32 as well as a sun gear 54 rotate together with the transmission input shaft 8. The electrical coil 30 is arranged in such a way that it is partially surrounded by the yoke pole 32 and separated from it by a small air gap. The coil 30 is attached to the clutch bell housing 6 and is therefore held stationary while the yoke pole 32 rotates in accordance with the rotary movement of the input shaft 8. The coil 30 generates an electromagnetic flux 36 illustrated by arrows 36 in Fig. 1, which runs through the yoke pole 32 into the control clutch disk 19 and back through the yoke pole 32 into the coil 30. This electromagnetic flux generates a force which has the effect of drawing the clutch disc 19 into the yoke pole 32 and thereby exerting a force on the clutch ring 35 through contact of the clutch extension member 29 which (assuming there is a speed difference between the flywheel 4 and the transmission input shaft 8) produces a resultant torque in the control ring 14 which drives the ball ramp device 5 via the planetary gear set 21 and a primary one-way clutch 60. which rotates the control ring 14 in a locking direction when the vehicle is moving in a coasting or drive mode. In other words, when the vehicle is in a drive mode, the planetary gear set 21 is locked by the locking action of the secondary one-way clutches 44A, 44B, 44C, 44D and the primary one-way clutch 60 rotates freely. In the coasting mode, the primary one-way clutch 60 is locked and the secondary one-way clutches allow the planetary gears 42A, 42B, 42C, 42D to rotate. In both drive and idle modes, relative rotation of the flywheel 4 and the transmission input shaft 8 in any direction of rotation activates the ball ramp device 5. The primary one-way clutch 60 acts between a carrier block 49 and a web ring 39. Bearing journals 48A, 48B, 48C and 48D (see Fig. 2) are attached to the web ring 39 and support the planetary gears 42A, 42B, 42C and 42D via corresponding secondary one-way clutches 44A, 44B, 44C and 44D, respectively.

Wenn die Kupplungsscheiben 10 oder 11 nicht geklemmt sind oder aufgrund eines durch den Primärantrieb (Motor) über das Schwungrad 4 zugeführten, übermäßigen Drehmoments zu rutschen beginnen, kommt es zu einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12, wodurch die Ringe 12 und 14 axial weiter auseinander gedrückt werden (wie weiter unten näher beschrieben), wodurch sich die Druckkraft des Aktivierungsrings 12 auf die Kupplungsscheiben 10 und 11 bei den Reibbelägen 10A, 10B, 11A und 11B zwischen der Hauptdruckplatte 13A und der mittleren Druckplatte 13A sowie dem Schwungrad 4 erhöht. Dies geschieht aufgrund eines geringen Maßes an Drehbewegung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 und sorgt bei jeder relativen Drehung zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 für eine automatische, praktisch unverzügliche Anpassung der Druckkraft.When the clutch discs 10 or 11 are not clamped or begin to slip due to excessive torque supplied by the primary drive (engine) via the flywheel 4, a relative rotational movement occurs between the control ring 14 and the activation ring 12, which forces the rings 12 and 14 further apart axially (as described in more detail below), thereby increasing the pressing force of the activation ring 12 on the clutch discs 10 and 11 at the friction linings 10A, 10B, 11A and 11B between the main pressure plate 13A and the intermediate pressure plate 13A and the flywheel 4. This occurs due to a small amount of rotational movement of the control ring 14 with respect to the activation ring 12 and provides an automatic, virtually immediate adjustment of the pressure force.

Ein Drucklager 56, das von einem beliebigen, geeigneten Lagertyp sein kann, wirkt mit dem Trägerblock 49 zusammen und dient dazu, die durch die Wälzelemente 20A, 20B und 20C der Kugelrampen erzeugten Axialkräfte aufzunehmen, während diese die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C in dem Aktivierungsring 12 bzw. dem Steuerring 14 unter Druck setzen (siehe Fig. 4). Das Hohlrad 40 dreht sich bezüglich des Trägerblocks 49, der über das Gehäuse 6 an dem Schwungrad 4 befestigt ist. Eine Drehbewegung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 bewirkt, das der Aktivierungsring 12 axial gegen das Schwungrad 4 bewegt wird, wodurch die erste und zweite Kupplungsscheibe 10 und 11 zwischen dem Aktivierungsring 12 und dem Schwungrad 4 geklemmt werden. Der Aktivierungsring 12 ist drehfest an dem Gehäuse 6 befestigt, kann sich jedoch in Bezug auf dieses in axialer Richtung bewegen.A thrust bearing 56, which may be of any suitable bearing type, cooperates with the carrier block 49 and serves to support the axial forces generated by the rolling elements 20A, 20B and 20C of the ball ramps as they pressurize the ramps 22A, 22B, 22C, 23A, 23B and 23C in the activation ring 12 and the control ring 14, respectively (see Fig. 4). The ring gear 40 rotates with respect to the carrier block 49, which is secured to the flywheel 4 via the housing 6. A rotational movement of the control ring 14 with respect to the activation ring 12 causes the activation ring 12 to be moved axially against the flywheel 4, whereby the first and second clutch discs 10 and 11 are clamped between the activation ring 12 and the flywheel 4. The activation ring 12 is fixedly attached to the housing 6 in a rotationally fixed manner, but can move in an axial direction with respect to it.

Die Steuerkupplung 24 umfasst eine Konuskupplung 28, deren eine Seite der Kupplungsring 35 ist, der mit dem Hohlrad 40 des Planetengetriebesatzes 21 drehfest verbunden ist, und deren zweite Seite die Kupplungsverlängerung 29 bildet. Kämmende Kanäle 37 erstrecken sich von dem Steuerring 14 aus und greifen drehfest in Antriebsflansche 38 ein, die aus dem Kupplungsverlängerungselement 29 ragen, das an der Steuerkupplungsscheibe 19 angebracht ist, die die Kupplung 24 bildet. Auf diese Weise kuppelt die Konuskupplung 28 den Steuerring 14 reibschlüssig mit dem Kupplungsring 35 und damit mit dem Hohlrad 40. Bevorzugterweise wird das Verlängerungselement 29 der Steuerkupplung und/oder der Kupplungsring 35 an der Konuskupplung 28 mit einem Reibmaterial versehen, um die angestrebte Drehmomentübertragung zwischen diesen Elementen zu erzielen, wenn die Spule 30 bestromt wird. Aufgrund der Art und Weise, in der die Antriebsflansche 38 in die Antriebskanäle 37 eingreifen, kann das Kupplungsverlängerungselement 29 mittels der Antriebsflansche 38, die sich aus diesem erstrecken, die eine Seite der Konuskupplung 28 drehend antreiben, ohne dass Probleme im Zusammenhang mit der radialen oder axialen Ausrichtung entstehen. Ohne die Verwendung einer Kupplung 24 dieser Bauart, würde die Konuskupplung 28 aufgrund der herstellungsbedingten Toleranzen und des Verschleißes der Komponenten, aus denen sich die Kupplung 24 zusammensetzt, zum Blockieren neigen.The control clutch 24 comprises a cone clutch 28, one side of which is the clutch ring 35, which is connected in a rotationally fixed manner to the ring gear 40 of the planetary gear set 21, and the other side of which forms the clutch extension 29. Intermeshing channels 37 extend from the control ring 14 and engage in a rotationally fixed manner with drive flanges 38 which protrude from the clutch extension element 29, which is attached to the control clutch disc 19, which forms the clutch 24. In this way, the cone clutch 28 frictionally couples the control ring 14 to the clutch ring 35 and thus to the ring gear 40. Preferably, the extension element 29 of the control clutch and/or the clutch ring 35 on the cone clutch 28 is provided with a friction material in order to achieve the desired torque transmission between these elements. when the coil 30 is energized. Due to the manner in which the drive flanges 38 engage the drive channels 37, the clutch extension member 29 can, by means of the drive flanges 38 extending therefrom, rotatably drive one side of the cone clutch 28 without problems associated with radial or axial alignment. Without the use of a clutch 24 of this type, the cone clutch 28 would tend to seize due to manufacturing tolerances and wear of the components that make up the clutch 24.

Gemäß der vorliegenden Erfindung rotiert der Jochpol 32, sobald die Kupplungsanordnung 2 verriegelt ist, mit derselben Drehzahl wie das Schwungrad 4 und es reicht eine minimale elektrische Fremdenergie, die der Spule 30 zugeführt wird, um die Verriegelung der Kupplungsanordnung 2 aufrecht zu erhalten. Nach der Lehre des Standes der Technik kann man den Steuerring 14 gegen eine Fläche des Gehäuses, z. B. des Kupplungsglockengehäuses 6, wirken lassen, was gewöhnlich allerdings zu einem ständigen Rutschen zwischen dem Steuerring 14 führt, wodurch es zu starken Verlusten an Fremdenergie kommt und keine automatischen Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 bei einem Rutschen der Kupplung möglich ist. Wie in der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht, hat die durch die Wirkung der sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D, die mit der primären Freilaufkupplung 60 zusammenwirken, gesteuerte Ankupplung des Steuerrings 14 an die Getriebeeingangswelle 8 über die Steuerkupplung 24 und den Planetengetriebesatz 21 zur Folge, dass jede durch ein Rutschen der Kupplung hervorgerufene relative Drehbewegung zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 zu einer weiteren Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 führt, wodurch ein Rutschen der Kupplung reduziert wird. Ferner erfolgt bei Verwendung der Erfindung, unabhängig davon, ob sich das Fahrzeug im Antriebs- oder Leerlauffahrbetrieb bewegt, die Reaktion selbst auf ein minimales Rutschen der Kupplungsscheiben 10 und 11 hin praktisch unverzüglich, da ein Rutschen der Kupplungsscheiben 10 und 11 über das reibschlüssig gesperrte Kupplungselement 24 und den Planetengetriebesatz 21 auf der Seite des Steuerrings 14 und über das Druckplattengehäuse 16 zu dem Aktivierungsring 12 hin eine relative Bewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 zur Folge hat. Der Aktivierungsring 12 ist drehfest an das Druckplattengehäuse 16 der Kupplung angekuppelt, das wiederum mit dem Schwungrad 4 verbunden ist, so dass sich sämtliche dieser Elemente gemeinsam drehen.According to the present invention, once the clutch assembly 2 is locked, the yoke pole 32 rotates at the same speed as the flywheel 4 and a minimal external electrical energy supplied to the coil 30 is sufficient to maintain the locking of the clutch assembly 2. According to the teaching of the prior art, the control ring 14 can be made to act against a surface of the housing, e.g. the clutch bell housing 6, but this usually leads to constant slipping between the control ring 14, which leads to high losses of external energy and does not allow automatic activation of the ball ramp device 5 when the clutch slips. As illustrated in the present application, the controlled coupling of the control ring 14 to the transmission input shaft 8 via the control clutch 24 and the planetary gear set 21 by the action of the secondary one-way clutches 44A, 44B, 44C and 44D, which cooperate with the primary one-way clutch 60, results in any relative rotational movement between the flywheel 4 and the transmission input shaft 8 caused by slipping of the clutch resulting in further activation of the ball ramp device 5, thereby preventing slipping of the clutch is reduced. Furthermore, when using the invention, regardless of whether the vehicle is in drive or idle mode, the reaction to even minimal slipping of the clutch discs 10 and 11 is practically instantaneous, since slipping of the clutch discs 10 and 11 results in relative movement between the control ring 14 and the activation ring 12 via the frictionally locked clutch element 24 and the planetary gear set 21 on the side of the control ring 14 and via the pressure plate housing 16 to the activation ring 12. The activation ring 12 is non-rotatably coupled to the pressure plate housing 16 of the clutch, which in turn is connected to the flywheel 4, so that all of these elements rotate together.

Eine Vorspannfeder 26, die zwischen einem Flansch 26A und einem Gehäuse 26B wirkt, spannt den Anker vor, um den Einfluss des Luftspalts zu minimieren, wenn die Spule zuerst bestromt wird, und ihre Funktion besteht darin, ein unvorhersehbares Einrücken der Steuerkupplung 24 auszuschließen. Ohne eine Vorspannung der Steuerkupplung 24 würde für die Spule 30 eine höhere Stromstärke benötigt, um ein Anziehen der Steuerkupplungsscheibe 19 zu initiieren, was zur Folge hätte, dass die Kraft an der Konuskupplung 28, nachdem die Steuerkupplungsscheibe 19 den Luftspalt durchquert hat, höher ausfallen würde als erwünscht. Es kann jede Art von Vorrichtung, die die Wirkung hat, die Kupplung 24 in Richtung des Aktivierungszustands vorzuspannen, dazu verwendet werden, um eine Vorspannkraft auf die Steuerkupplungsscheibe 19 oder die Kupplungsverlängerung 29 auszuüben.A bias spring 26 acting between a flange 26A and a housing 26B biases the armature to minimize the effect of the air gap when the coil is first energized and its function is to preclude unpredictable engagement of the control clutch 24. Without biasing of the control clutch 24, a higher current would be required for the coil 30 to initiate attraction of the control clutch disc 19, resulting in the force on the cone clutch 28 after the control clutch disc 19 has traversed the air gap being higher than desired. Any type of device having the effect of biasing the clutch 24 toward the activated state can be used to apply a biasing force to the control clutch disc 19 or the clutch extension 29.

Mehrere Druckplattenfedern 50 dienen dazu, die Kugelrampenvorrichtung 5 einschließlich des Aktivierungsrings 12 von den Kupplungsreibscheiben 10 und 11 und dem Schwungrad 4 weg zu ziehen, indem die Druckplattenfedern 50 als Federelemente zwischen dem Druckplattengehäuse 16 und dem Aktivierungsring 12 wirken und auf diese Weise den Aktivierungsring 12 von dem Schwungrad 4 weg vorspannen. Das Druckplattengehäuse 16 ist an dem Schwungrad 4 angebracht, so dass der Aktivierungsring 12 drehfest mit dem Schwungrad 4 rotiert, jedoch gesteuert durch die Wirkung der Kugelrampenvorrichtung 5, die im Sinne eines Zusammendrückens der Druckplattenfedern 50 wirkt, sich axial in Bezug auf das Schwungrad 4 bewegen kann.Several pressure plate springs 50 serve to push the ball ramp device 5 including the activation ring 12 away from the clutch friction discs 10 and 11 and the flywheel 4. by the pressure plate springs 50 acting as spring elements between the pressure plate housing 16 and the activation ring 12 and in this way biasing the activation ring 12 away from the flywheel 4. The pressure plate housing 16 is attached to the flywheel 4 so that the activation ring 12 rotates in a rotationally fixed manner with the flywheel 4, but can move axially with respect to the flywheel 4 under the control of the action of the ball ramp device 5 which acts to compress the pressure plate springs 50.

Es wird nun sowohl auf Fig. 1, 2 als auch auf Fig. 3 eingegangen, wobei Fig. 2 und 3 Teilschnittansichten des erfindungsgemäßen Planetengetriebesatzes 21, geschnitten längs der Linie II-II in Fig. 1, darstellen, bei denen sich das Fahrzeug jeweils in einem Antriebsmodus bzw. Leerlauffahrbetrieb befindet. In Fig. 2 ist zum Zwecke der vorliegenden Veranschaulichung die Drehrichtung des Sonnenrades 54 als im Uhrzeigersinn gezeigt und durch den Pfeil A gekennzeichnet und diej enige des Hohlrades 40 als im Uhrzeigersinn gezeigt und durch den Pfeil B gekennzeichnet, die Drehrichtung der sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D ist mit den Pfeilen C und die Drehrichtung des Stegrings 39 mit dem Pfeil D bezeichnet, wobei die Drehbewegung dargestellt ist, die vorliegt, wenn sich der Antriebsstrang in einem Antriebsmodus befindet. Aufgrund der Wirkung der primären Freilaufkupplung 60 ist der Stegring 39 mit den Lagerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D daran gehindert, bezüglich des Schwungrades 4 gegen den Uhrzeigersinn zu rotieren. Fig. 3 zeigt die Drehrichtung des Sonnenrads 54 und des Hohlrads 40 und die entgegengesetzte Richtung der Drehrichtung des Stegrings 39 in Bezug auf das Schwungrad 4, wobei ein Rutschen der Antriebsstrangkupplung bewirkt, dass die Kugelrampenvorrichtung 5 in der gleichen Weise aktiv wird wie im Antriebsmodus. Der Planetengetriebesatz 21 ist derart angeordnet, um den Steuerring 14 in eine Richtung zu drehen, die bewirkt, dass die Kugelrampenvorrichtung 5 unabhängig davon, ob sich das Fahrzeug in einem angetriebenen oder einem Leerlauffahrbetrieb befindet, stärker aktiviert wird.Referring now to both Fig. 1, 2 and Fig. 3, Fig. 2 and 3 are partial sectional views of the planetary gear set 21 of the invention, taken along line II-II in Fig. 1, with the vehicle in a drive mode and coasting mode, respectively. In Fig. 2, for the purposes of the present illustration, the direction of rotation of the sun gear 54 is shown as clockwise and indicated by arrow A and that of the ring gear 40 is shown as clockwise and indicated by arrow B, the direction of rotation of the secondary one-way clutches 44A, 44B, 44C and 44D is indicated by arrows C and the direction of rotation of the carrier ring 39 is indicated by arrow D, illustrating the rotational motion that occurs when the drive train is in a drive mode. Due to the action of the primary one-way clutch 60, the carrier ring 39 with the bearing journals 48A, 48B, 48C and 48D is prevented from rotating counterclockwise with respect to the flywheel 4. Fig. 3 shows the direction of rotation of the sun gear 54 and the ring gear 40 and the opposite direction of the direction of rotation of the carrier ring 39 with respect to the flywheel 4, wherein slipping of the drive train clutch causes the ball ramp device 5 to become active in the same way as in the drive mode. The planetary gear set 21 is arranged such that to rotate the control ring 14 in a direction which causes the ball ramp device 5 to be activated more strongly regardless of whether the vehicle is in a driven or idle driving mode.

Der Planetengetriebesatz 21 umfasst mehrere Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D, die auf entsprechenden sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D gelagert sind, die drehfest jeweils auf zugehörigen Lagerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D sitzen. Hinsichtlich des Planetengetriebesatzes 21 ist zu beachten, dass eine beliebige Zahl von Planetenrädern und zugehörigen Trägerzapfen verwendet werden kann. Die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D kämmen nun mit dem Hohlrad 40, das drehbar auf dem Trägerblock 49 gelagert ist, der sich zusammen mit dem Schwungrad 4 dreht. Das Hohlrad 40 ist mit dem Kupplungsring 35 verbunden und läuft mit diesem um. Die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D werden durch den Stegring 39, der an der primären Freilaufkupplung 60 angebracht ist, in ihrer axialer Stellung gehalten, und sämtliche Elemente rotieren um die Drehachse 47. Die primäre Freilaufkupplung 60 hindert den Stegring 39 des Planetengetriebesatzes 21 an einer Drehung in eine Richtung, die, im Zusammenwirken mit den sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D, eine Deaktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 zur Folge haben würde.The planetary gear set 21 comprises a plurality of planetary gears 42A, 42B, 42C and 42D, which are supported on corresponding secondary one-way clutches 44A, 44B, 44C and 44D, which are each non-rotatably mounted on associated bearing journals 48A, 48B, 48C and 48D. With regard to the planetary gear set 21, it should be noted that any number of planetary gears and associated carrier journals can be used. The planetary gears 42A, 42B, 42C and 42D now mesh with the ring gear 40, which is rotatably supported on the carrier block 49, which rotates together with the flywheel 4. The ring gear 40 is connected to the clutch ring 35 and rotates with it. The planetary gears 42A, 42B, 42C and 42D are held in their axial position by the carrier ring 39 which is attached to the primary one-way clutch 60 and all elements rotate about the axis of rotation 47. The primary one-way clutch 60 prevents the carrier ring 39 of the planetary gear set 21 from rotating in a direction which, in cooperation with the secondary one-way clutches 44A, 44B, 44C and 44D, would result in deactivation of the ball ramp device 5.

Sobald der Spule 30 Strom zugeführt wird, sorgt der Planetengetriebesatz 21, der mit der primären Freilaufkupplung 60 zusammenwirkt, dafür, dass es zu einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 kommt, und zwar ausschließlich in einer Richtung, die zu einer zusätzlichen Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 führt und, unabhängig von dem Fahrbetriebszustand des Fahrzeugs und dem durch den Antriebsstrang übertragenen Drehmoment, eine Erhöhung der Druckkraft auf die Kupplungsscheiben 10 und 11 bewirkt.As soon as current is supplied to the coil 30, the planetary gear set 21, which cooperates with the primary one-way clutch 60, ensures that a relative rotational movement occurs between the control ring 14 and the activation ring 12, exclusively in one direction, which leads to an additional activation of the ball ramp device 5 and, regardless of the driving state of the vehicle and the torque transmitted by the drive train, a Increase in the pressure force on the clutch discs 10 and 11.

Die durch die Kugelrampenvorrichtung 5 erzeugten Axialkräfte werden über das Drucklager 56 auf den Trägerblock 49 übertragen, der über das Druckplattengehäuse 16 an dem Schwungrad 4 befestigt ist. In der entgegengesetzten Richtung wird die durch die Kugelrampenvorrichtung 5 erzeugte Kraft auf die Kupplungsscheiben 10 und 11 sowie das Schwungrad 4 übertragen. Es ist zu beachten, dass eine beliebige Zahl von Kupplungsscheiben oder auch nur eine einzige Kupplungsscheibe ohne mittlere Druckplatte 13A verwendet werden kann.The axial forces generated by the ball ramp device 5 are transmitted via the thrust bearing 56 to the carrier block 49, which is attached to the flywheel 4 via the pressure plate housing 16. In the opposite direction, the force generated by the ball ramp device 5 is transmitted to the clutch discs 10 and 11 and the flywheel 4. It should be noted that any number of clutch discs or even just a single clutch disc without a central pressure plate 13A can be used.

In Fig. 2 bezeichnet der Pfeil S die relative Drehrichtung des Sonnenrads 54, der Pfeil A bezeichnet die relative Drehrichtung des Hohlrads 40, der Pfeil P bezeichnet die relative Drehrichtung der Planetenräder 42A, 42B, 42C, 42D und der Pfeil C bezeichnet die relative Drehrichtung des Stegrings 39. Das Hohlrad 40 ist drehfest mit dem Trägerblock 49 verbunden. Wenn die Spule 30 erregt wird, kuppelt die Reibfläche der Konuskupplung 28 den Kupplungsring 35 über das Kupplungsverlängerungselement 29 reibschlüssig an den Steuerring 14 an. Die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D sind auf den entsprechenden Lagerzapfen 48A, 48B, 48C bzw. 48D drehbar gelagert, die an dem Stegring 39 befestigt sind. Zu dem Planetengetriebesatz 21 gehört ein Sonnenrad 54, das drehfest mit der Getriebeeingangswelle 8 verbunden ist. Das Sonnenrad 54 ist dargestellt, wie es, angetrieben durch den Motor, gegen den Uhrzeigersinn rotiert, und da die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D gesperrt sind, läuft das Hohlrad 40 mit dem Sonnenrad 54 um. Somit führt jedes Rutschen der Reibscheiben 10A, 10B zu einer Erhöhung der Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5, so dass sich die Andruckkraft auf die Reibscheiben 10A und 10B erhöht.In Fig. 2, arrow S indicates the relative rotation direction of the sun gear 54, arrow A indicates the relative rotation direction of the ring gear 40, arrow P indicates the relative rotation direction of the planet gears 42A, 42B, 42C, 42D and arrow C indicates the relative rotation direction of the carrier ring 39. The ring gear 40 is non-rotatably connected to the carrier block 49. When the coil 30 is energized, the friction surface of the cone clutch 28 frictionally couples the clutch ring 35 to the control ring 14 via the clutch extension element 29. The planet gears 42A, 42B, 42C and 42D are rotatably mounted on the corresponding bearing journals 48A, 48B, 48C and 48D, respectively, which are attached to the carrier ring 39. The planetary gear set 21 includes a sun gear 54 which is non-rotatably connected to the transmission input shaft 8. The sun gear 54 is shown rotating counterclockwise as driven by the motor, and since the planet gears 42A, 42B, 42C and 42D are locked, the ring gear 40 rotates with the sun gear 54. Thus, any slippage of the friction discs 10A, 10B leads to an increase in the activation of the ball ramp device 5, so that the pressing force on the friction discs 10A and 10B increases.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der Kupplungsanordnung 2 nach Fig. 1 längs der Schnittlinie II-II in einer Teilansicht, die die relative Drehbewegung des Planetengetriebesatzes 21 veranschaulicht, wenn sich das Fahrzeug in dem Leerlauffahrbetrieb befindet. Der Trägerring 39 und die daran befestigten Lagerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D rotieren zusammen mit dem Motorschwungrad 4, da die sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D gesperrt sind und die sekundären Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D daran hindern, gegen den Uhrzeigersinn zu rotieren. Dies führt, wenn ein Rutschen zwischen dem Schwungrad 4 und der Reibscheibe 10A und 10B auftritt, zu einer Verstärkung der Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5, die jener gleichkommt, die als das in Fig. 2 gezeigte Ergebnis erzeugt wird.Fig. 3 shows a cross-section of the clutch assembly 2 according to Fig. 1 along the section line II-II in a partial view illustrating the relative rotational movement of the planetary gear set 21 when the vehicle is in the coasting mode. The carrier ring 39 and the bearing journals 48A, 48B, 48C and 48D attached thereto rotate together with the engine flywheel 4 because the secondary one-way clutches 44A, 44B, 44C and 44D are locked and prevent the secondary planet gears 42A, 42B, 42C and 42D from rotating counterclockwise. This results, when slippage occurs between the flywheel 4 and the friction disc 10A and 10B, in an amplification of the activation of the ball ramp device 5, equal to that produced as the result shown in Fig. 2.

Es wird nun zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Kugelrampenvorrichtung 5 auf die Fig. 4, 5 und 6 Bezug genommen, gemäß denen ein Querschnitt der Kugelrampenvorrichtung 5 in Fig. 4 gezeigt und in Fig. 5 und 6 Ansichten des Aktivierungsrings 12 und des durch ein kugelförmiges Element 20A getrennten Steuerrings 14 längs der Schnittlinie IV-IV dargestellt sind. Drei kugelförmige Wälzelemente 20A, 20B und 20C sind um ca. 120º voneinander beabstandet und rollen, wenn der Steuerring 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 gedreht wird, in drei Rampen 22A, 22B und 22C ab, die in axialer Richtung eine variable Tiefe aufweisen. Abhängig von der gewünschten Drehbewegung und axialen Bewegung der Kugelrampenvorrichtung 5 kann eine beliebige Zahl von kugelförmigen Wälzelementen 20A, 20B und 20C und entsprechenden Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C verwendet werden. Um für axiale und radiale Stabilität des Steuerrings 14 und des Aktivierungsrings 12 zu sorgen, sind zwangsweise mindestens drei kugelförmige Wälzelemente 20A, 20B und 20C zu verwenden, die sich auf einer ebenso großen Anzahl von identischen, gleichermaßen voneinander beabstandeten und jeweils gegenüberliegenden Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C bewegen, die sowohl in dem Steuerring 14 als auch dem Aktivierungsring 12 ausgebildet sind. Wie oben erwähnt, können beliebige Typen von Wälzelementen verwendet werden, beispielsweise Kugeln oder zylindrische Walzen. Der Aktivierungsring 12 ist dargestellt, wie er zusammen mit dem Schwungrad 4, dem Druckplattengehäuse 16 und dem ersten und zweiten Block 49A, 49B rotiert, wobei er um die Rotationsachse 47 umläuft, die mit der Rotationsachse der Getriebeeingangswelle 8 zusammenfällt.To illustrate the operation of the ball ramp device 5, reference is now made to Figs. 4, 5 and 6, according to which a cross section of the ball ramp device 5 is shown in Fig. 4 and in Figs. 5 and 6 views of the activation ring 12 and the control ring 14 separated by a spherical element 20A along the section line IV-IV are shown. Three spherical rolling elements 20A, 20B and 20C are spaced from each other by approximately 120° and, when the control ring 14 is rotated with respect to the activation ring 12, roll in three ramps 22A, 22B and 22C which have a variable depth in the axial direction. Depending on the desired rotational movement and axial movement of the ball ramp device 5, any number of spherical rolling elements 20A, 20B and 20C and corresponding ramps 22A, 22B, 22C, 23A, 23B and 23C can be used. In order to ensure axial and radial stability of the control ring 14 and the activation ring 12, at least three spherical rolling elements 20A, 20B and 20C must be used, which are located on an equally large number of identical, equally spaced and opposite ramps 22A, 22B, 22C, 23A, 23B and 23C formed in both the control ring 14 and the activation ring 12. As mentioned above, any type of rolling elements may be used, such as balls or cylindrical rollers. The activation ring 12 is shown rotating together with the flywheel 4, the pressure plate housing 16 and the first and second blocks 49A, 49B, orbiting about the rotation axis 47 which coincides with the rotation axis of the transmission input shaft 8.

Drei im Querschnitt halbkreisförmige, in Umfangsrichtung auf der Stirnseite des Aktivierungsrings 12 ausgebildete Rampen 23A, 23B und 23C sind zusammen mit zugehörigen, identischen, diesen gegenüberliegenden Rampen 22A, 22B und 22C dargestellt, die auf der Stirnseite des Steuerrings 14 geformt sind. Der Steuerring 14 und der Aktivierungsring 12 sind aus einem Stahl hoher Festigkeit gefertigt, und die einseitigen, abgeschrägten Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C sind zu RC55-60 aufgekohlt und gehärtet. Die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C sind, wie deutlicher anhand der in Fig. 6 gezeigten Rampen 22A und 23A zu erkennen, in Tiefenrichtung abgeschrägt und erstrecken sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von annähernd 120º (in Wirklichkeit weniger als 120º, um einen trennenden Bereich zwischen den Rampen zu ermöglichen). Der Abstand 66 zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 bestimmt sich durch die Winkelbeziehung zwischen zwei einander zugehörigen, gegenüberliegenden Rampen, beispielsweise 22A und 23A, wobei sich das kugelförmige Wälzelement 20A auf den beiden Rampen 22A und 23A abwälzt, während der Steuerring 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 um die gleiche Drehachse gedreht wird. Auf im Wesentlichen identische Weise rollt das Wälzelement 20B auf den beiden Rampen 22B und 23B und das Wälzelement 20C längs der beiden Rampen 22C und 23C. Die relative Drehung drückt die beiden Ringe 14, 12 in axialer Richtung auseinander oder erlaubt diesen, sich einander zu nähern, wie es sich aus der Stellung der Wälzelemente 20A, 20B und 20C und deren entsprechender Rampenpaare 22A, 23A und 22B, 23B und 22C, 23C ergibt, wodurch es zu einer axialen Bewegung kommt, die zum Verklemmen oder Freigeben der zwischen dem Aktivierungsring 12 und dem Schwungrad 4 angeordneten Kupplungsscheibe 10 führt.Three semi-circular cross-sectional ramps 23A, 23B and 23C formed circumferentially on the face of the activation ring 12 are shown along with associated identical opposite ramps 22A, 22B and 22C formed on the face of the control ring 14. The control ring 14 and the activation ring 12 are made of high strength steel and the single-sided beveled ramps 22A, 22B, 22C, 23A, 23B and 23C are carburized and hardened to RC55-60. The ramps 22A, 22B, 22C, 23A, 23B and 23C are, as can be seen more clearly from the ramps 22A and 23A shown in Fig. 6, beveled in the depth direction and extend in the circumferential direction over an angle of approximately 120º (in reality less than 120º to allow a separating area between the ramps). The distance 66 between the control ring 14 and the activation ring 12 is determined by the angular relationship between two associated, opposite ramps, for example 22A and 23A, the spherical rolling element 20A rolling on the two ramps 22A and 23A while the control ring 14 is rotated about the same axis of rotation with respect to the activation ring 12. On substantially In an identical manner, the rolling element 20B rolls on the two ramps 22B and 23B and the rolling element 20C rolls along the two ramps 22C and 23C. The relative rotation pushes the two rings 14, 12 apart in the axial direction or allows them to approach each other, as results from the position of the rolling elements 20A, 20B and 20C and their corresponding pairs of ramps 22A, 23A and 22B, 23B and 22C, 23C, thereby causing an axial movement which leads to the jamming or release of the clutch disc 10 arranged between the activation ring 12 and the flywheel 4.

Fig. 5 veranschaulicht die Winkelbeziehung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12, wenn der Trägerring 48 ein Minimum erreicht, sobald die Rampen 22A und 23A mit einem äußerste Ende zueinander ausgerichtet sind und sich das kugelförmige Element 20A in dem tiefsten Abschnitt der Rampen 22A und 23A befindet. Unter der Annahme, dass es eine Drehzahldifferenz zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 gibt, wird der Steuerring 14, sobald die Spule 30 erregt wird, durch Anwendung eines Drehmoments, das über die Kupplung 24 eingeleitet wird, in Bezug auf den Aktivierungsring 12 in Drehung versetzt, und die Rampen 22A und 23A bewegen sich relativ zueinander, was dazu führt, dass das kugelförmige Element 20A auf den beiden Rampenflächen 22A und 23A rollend in eine andere Position auf den Rampen 22A und 23A gelangt, wodurch der Steuerring 14 und der Aktivierungsring 12 weiter voneinander weg gedrückt werden, so dass sich ein größerer Trennabstand 66 einstellt, wie in Fig. 6 zu sehen. Eine ähnliche Trennkraft wird durch das Wälzelement 20B, das auf den Rampenflächen 22B und 23B rollt, und durch das Wälzelement 20C hervorgerufen, das auf den Rampenflächen 22C und 23C rollt. Die Drehung des Steuerring 14 ist gemäß Fig. 5 und 6 anhand der relativen Verschiebung der Bezugspunkte 62 und 64 deutlich veranschaulicht, die aufgrund der Drehbewegung des Steuerrings 14 in Richtung des Pfeils 70 aus einer unmittelbar gegenüberliegenden Stellung in Fig. 5 in eine Versatzstellung gemäß Fig. 6 gelangen. Diese Vergrößerung der axialen Verschiebung lässt sich für vielfältige Anwendungen und insbesondere für Antriebsstrangkupplungen verwenden, da das Verhältnis der Kraft bezogen auf das auf den Steuerring 14 ausgeübte Drehmoment sehr hoch ist, nämlich typischerweise 100 : 1. Dies kann, wie in dieser Patentanmeldung beschrieben, dazu verwendet werden, um einen Aktivierungsring 12 gegen Kupplungsscheiben 10 und 11 und ein Schwungrad 4 in dem Antriebsstrang eines Fahrzeug vorzuspannen. Weitere veranschaulichende Einzelheiten der Funktionsweise eines Kugelrampenaktuators sind dem US-Patent 4 805 486 zu entnehmen.Fig. 5 illustrates the angular relationship of the control ring 14 with respect to the activation ring 12 when the support ring 48 reaches a minimum once the ramps 22A and 23A are aligned with an outermost end towards each other and the spherical element 20A is in the deepest portion of the ramps 22A and 23A. Assuming that there is a speed difference between the flywheel 4 and the transmission input shaft 8, once the coil 30 is energized, the control ring 14 is caused to rotate with respect to the activation ring 12 by the application of a torque introduced via the clutch 24 and the ramps 22A and 23A move relative to each other, resulting in the spherical element 20A rolling on the two ramp surfaces 22A and 23A to reach a different position on the ramps 22A and 23A, thereby forcing the control ring 14 and the activation ring 12 further away from each other so that a larger separation distance 66 is established, as can be seen in Fig. 6. A similar separating force is caused by the rolling element 20B rolling on the ramp surfaces 22B and 23B and by the rolling element 20C rolling on the ramp surfaces 22C and 23C. The rotation of the control ring 14 is controlled according to Figs. 5 and 6 by the relative displacement of the reference points 62 and 64. which move from a directly opposite position in Fig. 5 to an offset position as shown in Fig. 6 due to the rotation of the control ring 14 in the direction of arrow 70. This increase in axial displacement can be used in a variety of applications and in particular for drive train clutches since the ratio of force to torque exerted on the control ring 14 is very high, typically 100:1. This can be used, as described in this patent application, to bias an activation ring 12 against clutch plates 10 and 11 and a flywheel 4 in the drive train of a vehicle. Further illustrative details of the operation of a ball ramp actuator can be found in US Patent 4,805,486.

Falls das Schwungrad 4 mit derselben Drehzahl rotiert wie die Getriebeeingangswelle 8, dreht sich der Steuerring 14 auch bei stromdurchflossener Spule 30 mit derselben Drehzahl wie der Aktivierungsring 12, und es wird keine zusätzliche Axialkraft durch die Kugelrampenvorrichtung 5 erzeugt, weil es zu keiner relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 kommt. Unter der Annahme, dass die Spule 30 stromdurchflossen bleibt und dadurch den Steuerring 14 erfindungsgemäß über die Kupplung 24, den Jochpol 32 und den Planetengetriebesatz 21 elektromagnetisch an die Getriebeeingangswelle 8 ankuppelt, führt jede relative Drehbewegung zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 zu einer relativen Drehung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 in eine Richtung, in der die kugelförmigen Elemente 20A, 20B und 20C veranlasst werden, den Abstand 66 zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 weiter zu vergrößern, wodurch mittels des Aktivierungsrings 12 eine zusätzliche Druckkraft erzeugt wird, um damit die Energie des Schwungrads zur Erhöhung der Sperrkraft für die Kupplungsscheibe 10 zu nutzen.If the flywheel 4 rotates at the same speed as the transmission input shaft 8, the control ring 14 rotates at the same speed as the activation ring 12 even when current is flowing through the coil 30, and no additional axial force is generated by the ball ramp device 5 because there is no relative rotational movement between the control ring 14 and the activation ring 12. Assuming that the coil 30 remains energized and thereby electromagnetically couples the control ring 14 to the transmission input shaft 8 via the clutch 24, the yoke pole 32 and the planetary gear set 21 according to the invention, any relative rotational movement between the flywheel 4 and the transmission input shaft 8 leads to a relative rotation between the control ring 14 and the activation ring 12 in a direction in which the spherical elements 20A, 20B and 20C are caused to further increase the distance 66 between the control ring 14 and the activation ring 12, whereby an additional pressure force is generated by means of the activation ring 12 in order to thereby transfer the energy of the flywheel to increase the locking force for the clutch disc 10.

Erfindungsgemäß kann der Aktuator für die Antriebsstrangkupplung in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, um eine rotierende Eingangswelle an eine Ausgangswelle anzukuppeln, wobei die Eingangswelle dem Schwungrad 4 entspricht und die Ausgangswelle der Getriebeeingangswelle 8 entspricht, wie in Fig. 1 gezeigt. Solange die Spule 30 bestromt wird, verhindert die vorliegende Erfindung, dass sich die Kugelrampenvorrichtung 11 zurückzieht und dadurch die Kupplungsscheiben 10 und 11 aus den Eingriff nimmt, und sorgt so, unabhängig von der Richtung des übertragenen Drehmoments, für eine reibschlüssiges Kupplungsverbindung zwischen dem Eingangselement (Schwungrad) und dem Ausgangselement (Getriebeeingangswelle).According to the invention, the driveline clutch actuator in a vehicle can be used to couple a rotating input shaft to an output shaft, the input shaft corresponding to the flywheel 4 and the output shaft corresponding to the transmission input shaft 8, as shown in Fig. 1. As long as the coil 30 is energized, the present invention prevents the ball ramp device 11 from retracting and thereby disengaging the clutch plates 10 and 11, thus providing a frictional clutch connection between the input member (flywheel) and the output member (transmission input shaft), regardless of the direction of the transmitted torque.

Die Erfindung ist hiermit ausreichend detailliert beschrieben, um es einem Fachmann zu ermöglichen, diese zu verwirklichen und zu verwenden. Vielfältige alternative Konstruktionen und Abwandlungen der Erfindung erschließen sich dem Fachmann nach eingehender Lektüre der obigen Beschreibung, und es ist beabsichtigt, sämtliche solche Abänderungen und Modifikationen, sofern diese in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, in die Erfindung einzubeziehen.The invention has been described in sufficient detail to enable one skilled in the art to make and use the same. Numerous alternative designs and variations of the invention will become apparent to those skilled in the art after a thorough reading of the above description, and it is intended to cover all such variations and modifications as come within the scope of the appended claims.

Claims

1. Ball ramp-operated coupling arrangement (2) for coupling two rotating elements together in a rotationally fixed manner, comprising:

an input element (4) driven by a primary drive and rotating about an axis of rotation (47);

an output element (8) with a rotation axis (47) coaxial with the rotation axis (47) of the input element (4) in order to set an output device in rotation;

a ball ramp device (5) for causing axial movement, comprising: an annular control ring (14) with an axis of rotation (47) formed on a first face with a plurality of control ramps (23A, 23B, 23C) extending in the circumferential direction and having a varying axial depth, an equally large number of rolling elements (20A, 20B, 20C), each occupying one of the control ramps (23A, 23B, 23C), an activation ring (12) with an axis of rotation (47) coaxial with the axis of rotation (47) of the control ring (14), the activation ring (12) being provided with a plurality of actuation ramps (22A, 22B, 22C) substantially identical in number, shape and radial position to the control ramps (23A, 23B, 23C) are identical, the actuation ramps (22A, 22B, 22C) are arranged at least partially opposite the control ramps (23A, 23B, 23C) and each of the rolling elements (20A, 20B, 20C) is embedded between one of the actuation ramps (22A, 22B, 22C) and a corresponding control ramp (23A, 23B, 23C), wherein the control ring (14) is arranged to be movable in the axial and radial direction with respect to the activation ring (12);

a planetary gear set (21) with a ring gear (40) which is a clutch (24) is frictionally coupled to the control ring (14) in a rotationally fixed manner, wherein a plurality of planetary gears (42A, 42B, 42C, 42D) engage both in the ring gear (40) and in a sun gear (54);

a coil (30) to induce an electromagnetic field (36) in the coupling (24); characterized in that the arrangement

a primary one-way clutch (60) connected to the input element (4) and to a web ring (39) and serving to prevent rotation of the web ring (39) relative to the input element (4) in a direction that leads to deactivation of the ball ramp device (5);

wherein the sun gear (54) is non-rotatably coupled to the output member (8) and each of the planet gears (42A, 42B, 42C, 42D) is rotatably supported on corresponding secondary overrunning clutches (44A, 44B, 44C, 44D) and mounted on associated bearing journals (48A, 48B, 48C, 48D), and the bearing journals (48A, 48B, 48C, 48D) are carried by the web ring (39); and

the second one-way clutches (44A, 44B, 44C, 44D) acting within the planetary gear set (21) allow a rotational movement of the control ring (14) with respect to the activation ring (12) in a direction in which the ball ramp device (5) is activated independently of the relative rotational movement of the input element (4) and the output element (8).

2. Ball ramp actuated clutch assembly (2) according to claim 1, wherein the control ramps (23A, 23B, 23C) and the actuation ramps (22A, 22B, 22C) have a continuously increasing axial depth.

3. Ball ramp actuated clutch assembly (2) according to claim 1, wherein the clutch (24) includes: a coil (30) for generating an electromagnetic field (36); a control clutch disc (19) moving in response to the electromagnetic field (36); a clutch extension (29) attached to the control clutch disc (19); a clutch ring (35) for frictionally engaging the clutch extension (29) for rotation, the clutch ring (35) and the clutch extension (29) together forming a cone clutch (28).

4. Ball ramp actuated clutch assembly (2) according to claim 3, wherein the coil (30) encloses the output element (8).

5. Ball ramp actuated clutch assembly (2) according to claim 4, further comprising a control unit (15) electrically connected to the coil (30) in order to energize the coil (30).

6. Ball ramp actuated clutch assembly (2) according to claim 1, wherein the control clutch element (19) is coupled to a control clutch extension element (29) which is substantially rotationally fixedly coupled to the control ring (14), and the control clutch extension (29) frictionally engages the web ring (35) as soon as the coil (30) is energized.

7. Ball ramp actuated clutch assembly (2) according to claim 1, wherein the input member (4) is a flywheel and wherein the output member (8) is a transmission input shaft and the output device is a gearbox is.